Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Tansformator Ersatzschaltbild


von Chris (Gast)


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Schönen Guten Tag,

ich bin gerade dabei, einen Transformator über Gleichungen zu 
beschreiben und diesen dann per Code zu simulieren. In einer Quelle habe 
ich ein interessantes Ersatzschaltbild gesehen, was mir so noch nicht 
bekannt war (siehe Anhang). Ich kenne es nur, dass die gemeinsame 
Induktivität in der Mitte zu finden ist.

Die Ausgangsspannung ist verständlicherweise:

U = Lm*(dI/dt)

Der Strom wird laut der Quelle berechnet aus:

i = Rges*Vref/(Rges²+Lges²*w²) - Lges*(dVref/dt)/(Rges²+Lges²*w²)

wobei
Rges= Summe aller ohmschen Widerstände
Lges= Summe aller Induktivitäten
w = Kreisfrequenz der Spanunng

Aber wo kommt dieses Ersatzschaltbild her? Könnt ihr das aus dem 
"normalen" ESB herleiten?
Und wieso sind die Werte unter dem Bruchstrich immer quadriert? Um den 
Betrag aus Induktivitäten und Widerständen zu erhalten müsste man doch 
die Wurzel aus der Summe ziehen?

Ich danke euch schonmal vielmals für eure Hilfe!

Viele Grüße,
Chris

von hinz (Gast)


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Chris schrieb:
> Aber wo kommt dieses Ersatzschaltbild her?

Ja, das solltest du noch verraten.

von Klaus R. (klara)


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Chris schrieb:
> ich bin gerade dabei, einen Transformator über Gleichungen zu
> beschreiben und diesen dann per Code zu simulieren.

In der Usergroup von LTspice findest Du Material zum realen Trafo.
https://groups.yahoo.com/neo/groups/LTspice/info
mfg klaus

von Tom (Gast)


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Diese " ' " kennzeichnen, daß von der Sekundärseite auf die Primärseite 
übertragen wurde. (Was man zu einem bestimmten Zweck macht. Und die 
ESB sind nicht immer einfach "austauschbar".)

hinz schrieb:
> Chris schrieb:
>> Aber wo kommt dieses Ersatzschaltbild her?
>
> Ja, das solltest du noch verraten.

Ja, bitte. Obige Info sollte dort nämlich eigentlich auch stehen.

von Elektrofan (Gast)


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> Ich kenne es nur, dass die gemeinsame
> Induktivität in der Mitte zu finden ist.

Die übliche Version, s.u.
https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Transformator_Kettenschaltung.png
passt besser.
Bei der fliesst der Leerlaufstrom nämlich NICHT über die sekundärseitige 
Impedanz R'2 und L'2.

von Chris (Gast)


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Hallo nochmal,

und erst einmal Entschuldigung für das späte Danke für die 
Antworten...ich war noch etwas länger unterwegs.

Mittlerweile habe ich so einigermaßen verstanden, wo das ESB herkommt. 
Aber eine Frage stellt sich mir dennoch. Wie kommt man auf die Gleichung 
von oben zur Berechnung des Stroms?


I = U/Z = Vref/Rges + Vref/(j*w*Lges) = Vref/Rges - j*Vref/(w*Lges)

Lges - Summe der Induktivitäten
Rges - Summe der Widerstände
w    - Frequenz des Stroms


Warum gehen die Impedanzen unter dem Bruchstrich ins Quadrat, oben aber 
nicht?
Außerdem entspricht der Strom durch die Induktivitäten doch eigentlich 
dem Integral der Spannung...woher kommt das dVref/dt ?

Vielen Dank schonmal, dass ihr Licht ins Dunkel bringt :)

Grüße,
Chris

von Achim S. (Gast)


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Chris schrieb:
> Mittlerweile habe ich so einigermaßen verstanden, wo das ESB herkommt.

Schön für dich. Wir rätseln leider immer noch, was sich der Autor bei 
diesem ESB gedacht haben mag. Deshalb wäre es sehr nett, wenn du jetzt 
endlich mal die Quelle für dieses ESB und die Berechnungsformel nennen 
würdest (wie schon mehrfach nachgefragt). Dann könnten wir zumindest 
auch versuchen nachzuvollziehen, was sich der Autor dabei gedacht haben 
mag.

Chris schrieb:
> Wie kommt man auf die Gleichung
> von oben zur Berechnung des Stroms?
>
> I = U/Z = Vref/Rges + Vref/(j*w*Lges) = Vref/Rges - j*Vref/(w*Lges)

Interessiert dich jetzt diese Formel oder die folgende, die in deinem 
ersten Beitrag war:

Chris schrieb:
> i = Rges*Vref/(Rges²+Lges²*w²) - Lges*(dVref/dt)/(Rges²+Lges²*w²)

Schaun wir uns beide an:

U/Z = Vref/Rges + Vref/(j*w*Lges) ist offensichtlich falsch, weil hier 
jemand die Regeln der Bruchrechnng ignoriert hat.

1/(R+jwL) ist nicht das selbe wie 1/R + 1/(jwL)


Rges*Vref/(Rges²+Lges²*w²) - Lges*(dVref/dt)/(Rges²+Lges²*w²) ist 
zumindest mal seltsam, weil hier jemand komplexe Wechselstromrechnung 
mit Differentialrechnung mischt. Normalerweise macht man die komplexe 
Wechselstromrechnung gerade, damit die Ableitungen und Integrale elegant 
"verschwinden".

Deswegen hier nochmal die Bitte: Nenne die Quelle für ESB und Formel, 
dann kann man evtl. versuchen, die Gedanken des Autors nachzuvollziehen.

von Chris N. (chris_nien)


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Kann ich jemandem auch eine PN schreiben?

Das Paper ist nur gegen Bezahlung zu bekommen, weshalb ich es nicht für 
alle hochladen möchte.

von Mani W. (e-doc)


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Chris N. schrieb:
> Das Paper ist nur gegen Bezahlung zu bekommen, weshalb ich es nicht für
> alle hochladen möchte.

Einmal genügt ja, so dass es alle sehen können...

von Achim S. (Gast)


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Chris N. schrieb:
> Das Paper ist nur gegen Bezahlung zu bekommen, weshalb ich es nicht für
> alle hochladen möchte.

Wenn hochladen nicht geht, dann könntest du ja wenigstens mal Autor, 
Titel und Zeitschrift nennen. Das ist völlig legales Zitieren und gibt 
zumindest schon mal grob eine Idee, in welche Richtung die Sache geht.

von Chris N. (chris_nien)


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Alles klar. Das Paper heißt
"Diagosis and compensation of ampitude imbalance, Imperfect Quadrant ans 
Offset in Resolver Signals"
und ist geschrieben von Herrn Noori.

von Chris N. (chris_nien)


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Sorry, da hat sich der Fehlerteufel beim Titel eingeschlichen :p

Es geht um die Spannungsübertragung von der Erregerspannung zum 
Drehtransformator.

von Achim S. (Gast)


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Chris N. schrieb:
> Diagosis and compensation of ampitude imbalance, Imperfect Quadrant ans
> Offset in Resolver Signals

Prima. In dem Paper argumentiert er, dass sein seltsames ESB gültig sein 
soll, weil der Sekundärstrom klein ist. Außerdem verweißt er wiederum 
auf folgende Quelle:

D. Arab-Khabur, F. Tootoonchian and Z. Nasiri-Gheidar, "Parameter
Identification of a Brushless Resolver Using Charge Response of Stator
Current," IJEEE, pp. 42-52, 2007.

Und das ist wiederum ein öffentlich zugängliches Paper:

http://ijeee.iust.ac.ir/article-1-26-en.pdf

In dem findet sich nirgends etwas anderes als das Standard-T-Modell des 
Kondensators, bei dem L' und R' natürlich nach der Hauptinduktivität 
kommen.

Keine Ahnung, wieso Hr. Noori meint, dass er das bei kleinen Strömen 
einfach umdrehen darf. Solange ich keine bessere Erklärung dafür lese, 
gehe ich davon aus, dass er das schlicht falsch gemacht hat.

Es gibt in dem Paper ja noch einen Universitätsangestellten mit 
Mailadresse als Zweitautor. Wenn du das ganze in irgendeinem 
Hochschulzusammenhang bearbeitest: mail ihn an und frage nach. 
Schlimmstenfalls bekommst du keine Antwort, bestenfalls bekommst du die 
Erklärung für einen genialen Kniff. Oder er schreibt einfach "sorry, das 
ESB war leider falsch abgemalt..."


Die Formel

> i = Rges*Vref/(Rges²+Lges²*w²) - Lges*(dVref/dt)/(Rges²+Lges²*w²)

wäre für sein ESB richtig, wenn statt (dVref/dt) ein Vref*jw dastehen 
würde. Warum Hr. Noori meint, komplexe Wechselstromrechnung mit 
Differentialgleichungen mischen zu müssen, verstehe ich auch nicht.

Chris schrieb:
> Warum gehen die Impedanzen unter dem Bruchstrich ins Quadrat, oben aber
> nicht?

Schreib dir die Formel I=U/Z mal konkret hin (und zwar komplex). Dann 
versuchst du, den Nennen reell zu kriegen, indem du den Bruch mit der 
konjugiert komplexen Zahl erweiterst. Dann siehst du, woher die 
quadratischen Terme im Nenner kommen.

von Chris N. (chris_nien)


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Ich danke dir vielmals für deine Hilfe! Das hat mich definitiv schon ein 
ganzes Stück weiter gebracht!

Grüße,
Chris

von Blechspucker / (Gast)


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Hallo liebe Leute!
Simulieren, mathematisieren alles schön und gut, aber vorn anfangen.
Das Ersatzschaltbild mit seinen Elementen ist aus Leerlauf- und 
Kurzschlussschaltbild zusammen " gemehrt " worden (sächsisch!) und 
bezieht sich eigentlich in dieser Form auf den Trafo mit ü = 1 ( bzw. 
Umrechnungen ) also etwas idealisiertes. Im Längszweig liegen die 
Streuinduktivitäten (prim, sek.) und die Leitungswiderst.( prim, sek) 
der Wicklungen, im Querzweig die Hauptinduktiviät Xh, die im Leerlauf 
praktisch Lprim entspricht und für die Höhe des Leerlaufstromes 
verantwortlich ist und welche unter sekundärer Belastung durch die 
entsprechende Wirkung des Sekundärfeldes entsprechend verringert 
wird.Die Eisenverluste ( Widerstand parallel zu Xh) wurden hier bereits 
vernachlässigt. Und nun ran, an die komplexe Darstellung, von der ich 
längst nichts mehr müssen muss. Früher, vor der digitalen Revolution, 
gab es für den Vorspann deutsche Berufsschul-Bücher und der Rest die 
mathematische Darstellung ist Fleiß.

von THOR (Gast)


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Un wat soll dä quatsch? (kölsch!)

von Achim S. (Gast)


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Blechspucker / schrieb:
> Im Längszweig liegen die
> Streuinduktivitäten (prim, sek.) und die Leitungswiderst.

Und in diesem unscheinbaren Satz versteckt sich das eigentliche Rätsel 
und der Grund für diesen Thread: was haben sekundärseitige 
Streuinduktivität und Leitungswiderstand vor der Hauptindiktivität zu 
suchen? Die gehören hinter die Hauptinduktivität.

Chris schrieb:
> Ich kenne es nur, dass die gemeinsame
> Induktivität in der Mitte zu finden ist.

von Blechspucker / (Gast)


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Ein wenig Quatsch muss sein. Ersatzschaltungen sind meist die abstrakte 
Darstellung von wichtigen Betriebszuständen mit Vernachlässigung der im 
Moment unwichtigen Dinge.
1.Fall Leerlauf  U1 = U2 , weil ü = 1  I1 = I2 = I  der Leerlaufstrom I1 
ist sehr viel kleiner ( 1/10 Imax) damit sind beide Längszweige , egal 
ob vor oder nach dem Querzweig nur für diesen Zustand 
vernachlässigbar.Das Leerlaufschaltbild enthält, wenn man das als 
Aussage braucht nur noch den Querzweig, wohl wissend Xh = funktion von 
I2 (Isek) bei späterer Last.
2.Fall Kurzschlussersatzschaltung U2 = 0  , Sekundärstrom = Strom bei 
Vollast
U1 wird gerade so hoch eingestellt, dass I1 = I2 ist. Damit liegen die 
beiden Längselemente  allein mit dem Kurzschlussbügel an U1. Auch diese 
Spannung ist sehr viel kleiner als U1nenn, deshalb ist Strom im 
Querzweig meist zu vernachlässigen. Bei 230Volt und ordentlichen Trafos 
hat  Uk  nur einige Volt.
Ohne Querzweig ist Zlängs = (Rcu1 + RCu2) + J(Xs1+Xs2) also einfache 
Zusammenfassung einer Reihenschaltung. Wenn Xh fehlend angenommen wurde, 
ist die Reihenfolge egal - ob vor oder nach dem Querzweig. Nun folgte im 
3 Schritt die Zusammenfassung zu dem bekannten T-Ersatzschaltbild und 
das für Transformator und Asynchronmotor gleichermaßen - ein Klassiker. 
Andererseits,
das Rücktransformieren von der Sekundärseite ,ein Prüfungshit, mit dem 
Übersetzungsverhältnis ü  (oder i ) lassen sich U, I , R, C , X ,P auf 
die Primärseite zurück rechnen, also Xhsek und Rcusek mit den primären 
Längselementen vereinen. Eine vereinfachte Simulation mit zwei 
konstanten und zwei variablen Elementen. Man verzeihe die Schreibweise 
der Formelzeichen.

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